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PCC y Balanceo de Carga en Mikrotik RouterOS

Por Freddy Bohorquez Quevedo

Objetivo

• Conocer y comprender el funcionamiento del Balanceo de Carga por Conexiones (PCC en RouterOS)

• Comparar los distintos métodos de Balanceo de Carga y sus ámbitos de aplicación práctica.

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Contenido

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Introducción

Métodos de Balanceo

PCC: Per Connection Classifier

Análisis

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El bosque no sería el mismo si sólo cantaran los pájaros que

mejor lo hacen.

Rabindranath Tagore; premio Nobel de Literatura 1913.

Balanceo de Carga

• Técnica que distribuye carga de trabajo en dos o más enlaces de red.

• Permite maximizar el rendimiento, minimizar el tiempo de respuesta y evitar la sobrecarga.

• Múltiples enlaces de red balanceados, en lugar de enlaces simples, incrementan la disponibilidad: redundancia.

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Métodos de Balanceo

• ECMP (Equal Cost Multi-Path).

• Etiquetado y políticas de enrutamiento.

• Bonding.

• NTH (N-esimo).

• PCC Per Connection Classifier.

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ECMP (Equal Cost Multi-Path)

• Utiliza varios gateway con el mismo costo.

• Simple de implementar.

• Balanceo persistente por conexión.

• No se puede controlar la forma de balanceo.

• No funciona con puertas de enlace iguales.

• Failover automático.

• Mismo gateway puede estar varias veces.

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ECMP (Equal Cost Multi-Path)

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Etiquetado y políticas de enrutamiento

• Fácil de implementar

• Se tiene control exacto del tráfico

• No dinámico (problemas de escalabilidad)

Internet

ISP1 ISP2

Router

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Bonding• Fácil de implementar.

• Redundancia automática con failover.

• Es necesario controlar ambos extremos del enlace.

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NTH (N-th)

• Cada regla tiene su propio contador.

• De cada M paquetes inspeccionados (every) hace match con el N-esimo paquete.

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• Opción tipo match usada normalmente en mangle.

• PCC matcher permite clasificar el tráfico en flujos “similares”.

• Puede mantener los paquetes en un flujo específico basado en parámetros.

• Conjunto de opciones: src-address, src-port, dst-address, dst-port no del todo excluyentes entre si.

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PCC: función Hash

• Función computable mediante un algoritmo.

• Ejemplos: CRC, SHA1,SHA-1,SHA-512,MD5…

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PCC: función Hash propiedades

• Unidireccionalidad.

• Compresión.

• Facilidad de cálculo.

• Difusión.

• ….

• Uniformidad: valores hash distribuidos con la misma probabilidad

• Determinista: misma cadena de entrada devuelve el mismo valor hash.

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PCC: Aritmética modular

• Algoritmo PCC usa división modular.

• División de números enteros:

• R (valor que nos interesa) suele llamarse residuo o resto y se escribe como:

• Ejemplos:

127 mod 2 = 1

151567 mod 5 = 2

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PCC: Funcionamiento (match)

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PCC: Dónde se encuentra?

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PCC: Ejemplo 1

• Clasificación con 2 flujos simétricos requiere 2 reglas:

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PCC: Ejemplo 2

• Para clasificación de 2 flujos asimétricos de 1M y 2M se requerirán 3 reglas:

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PCC: Ejemplo 2

• En general si se tienen “n” flujos de a1, a2,... ,

an velocidades siendo ai enteros.

• Se tendrán m reglas donde m=(a1+a2+... +an)/D

con D=MCD(a1, a2,... , an).

• Cada flujo tendrá ai/D reglas (i=1,2,…,n)

• Se deben realizar consideraciones prácticas para no incrementar el número de reglas (mayor tiempo de procesamiento)

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Ejercicio

• Se tiene 3 WAN con 4,5Mbps, 3Mbps y 9Mbps. ¿Cuántas reglas recomendaría para clasificar el tráfico con PCC y cuáles para cada WAN? .

• Similar considerando 7 Mbps, 6 Mbps y 3 Mbps respectivamente.

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Balanceo de carga usando PCC

• Escenario:

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Pasos Requeridos

• Configuración base:

– Direcciones IP.

– Default gateway’s.

– Enmascaramiento.

• Configuración Mangle.

• Configuración tablas de enrutamiento.

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Configuración Base

/interface ethernetset 0 name=ISP1set 1 name=ISP2set 4 name=LAN

/ip address add address=192.168.0.1/24 interface=LANadd address=10.111.0.2/24 interface=ISP1add address=10.112.0.2/24 interface=ISP2

/ip route add gateway=10.111.0.1 distance=1 check-gateway=pingadd gateway=10.112.0.1 distance=2 check-gateway=ping

/ip firewall nat add chain=srcnat out-interface=ISP1 action=masqueradeadd chain=srcnat out-interface=ISP2 action=masquerade

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Políticas de Enrutamiento

• Método que permite crear políticas distintas para tráficos diferenciados mediante tablas de enrutamiento personalizadas.

• En RouterOS las tablas de enrutamiento se crean:– Por cada tabla especificada en /ip route rule.– Por cada routing-mark en mangle.

• El tráfico “marcado” es asignado de forma automática a la tabla de enrutamiento correspondiente.

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routing-mark

• Atributo asignado a cada paquete (seguido en conntrack).

• routing-mark se cambia con un action en /ip firewall mangle antes de cualquier decisión de enrutamiento:

– chain prerouting para todo el tráfico entrante.

– chain output para el tráfico saliente del router.

• Cada nueva routing-mark tiene su propia tabla de enrutamiento del mismo nombre.

• De forma predeterminada, todos los paquetes tienen la marca de enrutamiento main.

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Mangle: Tráfico a redes conectadas

• Las rutas conectadas sólo están disponibles en la tabla “main”.

• Debemos asegurarnos que el tráfico a estas redes permanezca en la tabla “main” (“no- mark”).

• Esto permite la comunicación adecuada entre clientes conectados local y remotamente.

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Mangle: Conexiones remotas

• Conexiones iniciadas desde una interface pública, deben responderse por esa misma interface.

• Marcar estas conexiones para luego ponerlas en la tabla de enrutamiento adecuada (chain output).

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Mangle: PCC

• Para reducir el consumo de recursos y el tiempo de procesamiento se identifican las conexiones (no-mark o new).– Primero se identifica el tráfico (PCC) y con action se marca la conexión.

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Mangle: Marcado de rutas

– Segundo, en cada paquete de la conexión se procede al mark-routing.

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Route: Tabla de Enrutamiento

• Se agrega las rutas por defecto en la tabla de enrutamiento correspondiente:

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Consideración de excepciones

• De acuerdo a la configuración propuesta en PCC, se aplican políticas de enrutamiento especificas para los paquetes originados en la LAN, esto puede traer problemas.

• Un enfoque simple y extensible consiste en crear primero una lista de direcciones que contenga todas las redes locales, incluidas las redes de enlace WAN, y luego aceptar todo el tráfico entre redes en la lista de direcciones.

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Solución: excepciones con accept

• Address list:

• Reemplazar las reglas accept por:

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Route: Fail-Over

• Ciertamente no basta el check-gateway.

• El uso de scripts para este caso puede complejizar la configuración.

• Usar rutas recursivas, esta suficientemente utilizado y documentado y escapa a esta presentación por tiempo.

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Análisis: D=2, dst-port, 4 test

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Análisis: D=20, dst-port, 1 test

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Análisis: D=3, both addresses, real

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Análisis: D=25, both addresses, real

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Rememoremos

• Balanceo de Carga.

• Diferentes problemas-diferentes soluciones.

• PCC solución propietaria de Mikrotik.

• Análisis.

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Material de Consulta

• Manual:PCC - MikroTik Wiki. http://wiki.mikrotik.com/wiki/Manual:PCC

• Load Balancing Using PCC & RouterOS - MUM US12 - MikroTik, Steve Discher.

• MikroTik RouterOS Workshop Load Balancing Best Practice. Las Vegas, MUM USA 2011, Jānis Meģis

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www.themegallery.com

Gracias...

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El bosque no sería el mismo si sólo cantaran los pájaros que

mejor lo hacen.

Rabindranath Tagore; premio Nobel de Literatura 1913.

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